【導讀】電器產(chǎn)品都會(huì )用到電源，常見(jiàn)的電源包括調壓電源、開(kāi)關(guān)電源、逆變電源、變頻電源、不間斷電源等。大部分電源都需要有隔離器件，以保證設備和人身安全。因采用的隔離技術(shù)不同，隔離效果也不一樣。因此，選擇隔離產(chǎn)品應該揚長(cháng)避短，盡可能將系統性能做到最佳。
01 電源為什么需要隔離
這是一個(gè)老生常談的問(wèn)題，目的是避免電源的高壓電對人體產(chǎn)生危害。新能源汽車(chē)就是常見(jiàn)的高壓電源場(chǎng)景，電池電壓是400V或新出現的800V，如此高的電壓會(huì )對人體產(chǎn)生危害；充電樁亦是如此，它將交流電轉換為高壓直流電，也需要將高低壓隔離開(kāi)來(lái)，這就需要用到隔離器件。
又如，光伏或數據中心的服務(wù)器電源、工業(yè)變頻伺服應用以及一些工業(yè)電源模塊或儲能裝置，這些常見(jiàn)的高壓電源場(chǎng)景除了要避免高壓對人體的危害，還要滿(mǎn)足相應的安規要求。
另外，對于一些不共地的系統，如半橋拓撲的上管驅動(dòng)也需要隔離；此外，雖然一些系統本身并不需要隔離，但為了提升性能，需要將高壓側的高噪聲來(lái)源與低壓側隔離開(kāi)，以減少控制器端的干擾。
02 隔離的要求和分類(lèi)
隔離有嚴格的安規認證，常見(jiàn)的是美國的UL認證、德國VDE認證以及電工協(xié)會(huì )的IEC認證等。安規認證包括兩類(lèi)，一類(lèi)是系統級，如IEC60065、IEC60950等；另一類(lèi)是器件級，如UL1577以及IEC60747標準。IEC標準從安全角度定義了三個(gè)等級能量源，都是以電壓電流大小作為分級依據，實(shí)施相應的保護措施。值得一提的是，納芯微的所有隔離產(chǎn)品都通過(guò)了UL、CUL以及VDE、CQC安規認證。
電源系統中應用非常廣泛的是隔離芯片，例如，在車(chē)載充電機OBC/DC-DC系統中，高壓電池充電輸入側是220V到380V，輸出側為400V或800V；低壓電池充電是12V到48V，其中包括PFC和LLC兩級拓撲。整個(gè)系統拓撲比較復雜，往往會(huì )采用兩顆MCU做主控，兩個(gè)MCU之間的通信便需要進(jìn)行隔離。此外，這些拓撲中的功率管，不管是Si MOSFET還是第三代半導體器件，都需要相應的驅動(dòng)，也需要進(jìn)行隔離。
另外，根據系統的控制精度要求，電壓采樣、電流采樣以及系統的對外通信也需要隔離。
03 常見(jiàn)的幾種隔離技術(shù)及要求
目前，行業(yè)采用的隔離技術(shù)有三種：傳統光耦、磁耦和容耦技術(shù)。傳統光耦技術(shù)應用最廣泛、歷史最長(cháng)。它以光為介質(zhì)將輸入信號耦合到輸出端，但是體積較大，傳輸速度較慢，隨著(zhù)使用時(shí)間的增長(cháng)會(huì )出現光衰，且工作溫度范圍較窄。磁耦和容耦是目前比較主流的隔離技術(shù)。磁耦耐壓高、傳輸速度快、溫度范圍寬，但工藝復雜，有EMI輻射；容耦耐壓高，傳輸速度快，傳輸延遲僅為二三十納秒，工作溫度范圍非常寬，工藝并不復雜，具有很高的可靠性。
納芯微的隔離芯片便是基于容耦技術(shù)，采用Adaptive OOK?自適應編碼技術(shù)，EMI輻射低，誤碼率低，還能有效提高隔離器件抗共模噪聲（CMTI）的能力。
隔離產(chǎn)品的重要指標包括：隔離耐壓等級、CMTI能力、EMC性能以及傳輸延遲和工作溫度、隔離壽命等。納芯微隔離產(chǎn)品的隔離電壓等級高達10kV，CMTI至少100kV/μs；抗浪涌超過(guò)10kV，雙邊ESD超過(guò)15kV。
04 電源系統的趨勢和應用難點(diǎn)
1. 電源系統的趨勢
● 高集成化：電源系統正往更高集成度的趨勢發(fā)展，因此也需要更高集成度的IC，例如將電源和數字隔離器集成在一起，以降低工程師設計隔離電源的復雜程度。
● 高壓化、高頻化：光伏系統已從800V轉到1500V，第三代半導體（氮化鎵或碳化硅）的應用也越來(lái)越廣泛，系統開(kāi)關(guān)頻率越來(lái)越高，速度越來(lái)越快。隔離產(chǎn)品需要有更高的CMTI能力，能承受更高電壓，EMI性能更好。
● 高可靠性：隔離芯片均需要通過(guò)嚴格的安規認證。
2. 電源系統的應用難點(diǎn)
電源系統的應用難點(diǎn)在于，第三代功率器件對驅動(dòng)芯片提出了更高的要求，如CMTI大于100kV/μs水平。由于碳化硅驅動(dòng)電壓更高，要求驅動(dòng)器輸出電壓范圍擺幅更寬。此外，產(chǎn)品開(kāi)關(guān)速率要更快，并降低開(kāi)關(guān)損耗，驅動(dòng)器具有輸出更大的Source或Sink電流能力，芯片內部上升或下降時(shí)間更短，傳輸延時(shí)更小。
碳化硅驅動(dòng)芯片的新功能是“米勒鉗位”，隨著(zhù)SiC的開(kāi)關(guān)，橋臂中點(diǎn)有很大dv/dt，下管Cgd電容會(huì )產(chǎn)生一個(gè)米勒電流，即使下管處于關(guān)斷狀態(tài)，也會(huì )通過(guò)下管關(guān)斷電阻產(chǎn)生一個(gè)壓降?？紤]到碳化硅器件的導通閾值比較低（2V左右），如果壓降較大會(huì )造成下管誤導通，系統就會(huì )有短路風(fēng)險。
“米勒鉗位”功能可以應對碳化硅應用中的這個(gè)問(wèn)題。在芯片中增加一個(gè)MOSFET可以直接將GND和碳化硅柵極相連，當下管關(guān)斷后，會(huì )跳過(guò)下管驅動(dòng)電阻，直接將柵極短路到GND，以此消除米勒電流造成的壓差，從而避免米勒效應導致下管誤導通的風(fēng)險。
納芯微的隔離類(lèi)產(chǎn)品
納芯微的隔離產(chǎn)品品類(lèi)非常齊全，包括數字隔離器、隔離驅動(dòng)、隔離電壓/電流采樣、隔離CAN收發(fā)器。驅動(dòng)方面，不管是MOS、IGBT還是碳化硅，都有相應的隔離產(chǎn)品。采樣方面，既有模擬輸出隔離運放，也有數字輸出隔離ADC，滿(mǎn)足不同應用場(chǎng)景對采樣率和采樣精度的要求。接口方面，隔離I2C接口、485或CAN接口產(chǎn)品都很豐富，能夠為客戶(hù)的電源設計提供一站式解決方案。
納芯微的產(chǎn)品采用容耦技術(shù)，順應了當前集成化、高壓化、可靠性的電源應用趨勢，滿(mǎn)足第三代功率器件對驅動(dòng)芯片提出的更高要求。其隔離產(chǎn)品品類(lèi)非常齊全，包括數字隔離器、隔離驅動(dòng)、隔離電壓/電流采樣、隔離CAN收發(fā)器，能夠為工程師提供多樣化的選擇。
樣片申請
如上產(chǎn)品均可提供樣片，如需申請樣片或訂購產(chǎn)品，可撥打電話(huà)0512-62601802或郵件至sales@novosns.com。更多信息，敬請訪(fǎng)問(wèn)www.novosns.com。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
真實(shí)環(huán)境中的GNSS/GPS干擾和欺騙測試
